化工原理课程教学规范.docx
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化工原理课程教学规范
《化工原理》课程教学规范
课程编号：
适用专业：
工艺类专业有化学工程工艺、应用化学、环境工程、制药工程、生物工程、食品工程、轻化工工程，非工艺专业有工分子材料、安全工程、生物技术、过程装备与控制；对非工艺类专业，带*部分不做要求，也可根据专业特点选择下册中的气体吸收和塔设备等部分。
课程性质：
技术基础课学时数：
120/80学时学分：
7.5/5学分
执笔人：
杨虎编写日期：
2006年3月6日
审核人：
陈虹审核日期：
2006年3月6日
第一部分教学基本要求
一、目的及任务
化工原理是化学工程与工艺及相关专业最重要的技术基础课之一。
通过这门课程的学习，要使学生系统地获得：
‘三传’的基本概念；各单元操作的原理、典型设备的结构、工艺尺寸计算、设备选型与校核和工程学科的研究方法。
培养学生的工程观念、分析和解决单元操作中各种问题的能力。
突出课程的实践性，使学生受到利用自然科学的基本原理解决实际工程问题的初步训练，提高学生的定量运算能力、实验技能、设计能力、单元操作的分析与调节能力。
二、本课程的先行课程
高等数学、普通物理、物理化学、计算方法、化工设备设计基础。
三、各章节具体内容要求
绪论
掌握的内容：
1、掌握单位换算方法；
2、掌握物、热衡算的原则以及衡算的方法和步骤。
熟悉的内容：
1、熟悉单元操作的概念及其在化工过程中的地位。
了解的内容：
1、了解化工原理的目的、任务、化学工程的发展简史；
2、了解过程速率、平衡关系。
第一章流体流动
掌握的内容：
1、流体的密度和粘度的定义、单位、影响因素及数据获取；
2、压强的定义、表达方法、单位换算；
3、流体静力学方程、连续性方程、柏努利方程及其应用；
4、流体的流动类型及其判断、蕾诺准数的物理意义、计算；
5、流体阻力产生的原因、流体在管内流动的机械能损失计算；
6、管路的分类、简单管路计算及输送能力核算；
7、液柱式压差计、测速管、孔板流量计和转子流量计的工作原理、基本结构、安装要求和计算；
8、因次分析的目的、意义、原理、方法、步骤；
熟悉的内容：
1、流体的连续性和压缩性，定常态流动与非定常态流动；
2、层流与湍流的特征；
3、圆管内流速分布公式及应用；
4、Hagon-Poiseeuille方程推导和应用；
5、复杂管路计算的要点；
6、正确使用各种数据图表；
了解的内容：
1、牛顿粘性定律，牛顿流体与非牛顿流体；
2、边界层的概念、边界层的发展、层流底层、边界层分离。
第二章流体输送机械
掌握的内容：
1、离心泵的结构、工作原理、性能参数、特性曲线及应用；
2、影响离心泵性能的主要因素，离心泵特性曲线测定；
3、管路特性曲线，离心泵的工作点及流量调节；
4、允许吸上真空高度、允许气蚀余量，确定泵的安装高度；
5、离心泵的设计型计算与操作型计算、离心泵的操作要点；
熟悉的内容：
1、离心泵的组合操作及选择组合形式的原则；
2、往复泵的结构、工作原理、性能参数、特性曲线、操作要点与应用。
了解的内容：
1、离心力场中的流体静压强分布；
2、了解其它泵的工作原理。
第三章机械分离和固体颗粒流态化*
掌握的内容：
1、颗粒特性与表征、颗粒群的性质；
2、重力沉降速度的计算与应用、降尘室计算；
3、过滤基本方程式及应用、过滤常数定义及计算；
4、恒压过滤方程、恒速过滤、先恒速后恒压过滤方程及应用；
5、板框过滤机、叶滤机、转鼓真空过滤机等的基本结构、洗涤速率及生产能力计算；
6、旋风分离器的临界直径、分离效率、压降；
熟悉的内容：
1、离心沉降速度的特点、计算；
2、旋风分离器的分离原理、结构、选用；
3、过滤介质的种类，助滤剂的作用与选用；
了解的内容：
1、非均相物系分离的目的、依据、方法；
2、床层特性与表征；
3、流态化的定义、分类，流化床的特征。
第四章传热
掌握的内容：
1、热传导基本原理，一维定常态傅立叶定律及应用，平壁及圆筒壁一维定常态热传导计算与分析；
2、对流传热基本原理，牛顿冷却定律，影响对流传热的主要因素；
3、无相变管内强制对流的α关联式及应用；Nu、Re、Pr、Gr等的物理意义及计算。
正确选用α的计算式，注意其用法和使用条件；
4、传热计算：
传热速率方程与热负荷的计算、平均温差推动力、总传热系数、污垢热阻、壁温计算、传热面积、加热程度和冷却程度计算、强化传热的途径；
熟悉的内容：
1、对流传热系数经验式建立的一般方法；
2、蒸汽冷凝、液体沸腾对流传热系数计算；
3、传热效率、传热单元数及其在传热操作型计算中的应用；
4、热辐射的基本概念、两灰体间辐射传热计算；
5、列管换热器的结构及选型计算。
了解的内容：
1、加热剂、冷却剂的种类和选用；
2、各种常用换热器的结构特点及应用；
3、高温设备热损失计算。
第五章气体吸收*
掌握的内容：
1、相组成的常用表示方法和换算；
2、气体在液体中的溶解度、亨利定律表达式及相互关系、相平衡与吸收、解吸的关系；
3、分子扩散与菲克定律、扩散系数及其影响因素、等分子反向扩散与单相扩散、漂流因子；
4、对流传质、双膜模型要点、总传质速率方程表达式、总传质系数与膜传质系数、传质阻力分析、气膜控制与掖膜控制；
5、吸收塔的操作线方程、物理意义、图示方法及应用，最小掖气比、吸收剂用量确定；
6、填料层高度计算、传质单元高度与传质单元数的定义与物理意义、传质单元数的计算（平均推动力法、解吸因数法）；
7、吸收塔操作分析、设计型计算和操作型计算；
熟悉的内容：
1、均相物系分离的分类与特征、吸收的分类、吸收剂选用的基本原则；
2、理论板的概念，理论板数的计算；
3、吸收与解吸的比较；
4、传质单元数的图解积分法和梯级图解法。
了解的内容：
1、填料塔基本结构、两相接触方式，板式塔基本结构、两相接触方式；
2、吸收基本方程式推导；
3、解吸、非等温吸收、高浓度吸收等特点和计算步骤。
第六章蒸馏
掌握的内容：
1、双组分理想体系的汽液平衡：
拉乌尔定律、泡点方程、露点方程、汽液平衡图、挥发度与相对挥发度定义及应用、相平衡方程及应用；
2、精馏原理与流程；
3、精馏塔的物料衡算、操作线方程和q线方程及物理意义、图示及应用；
4、双组分连续精馏塔计算及操作调节、分析：
恒摩尔流假设、理论板、等板高度、汽液两相的摩尔流率、回流比选用与最小回流比、加料热状况影响及选择、全塔效率、单板效率、理论板数的确定。
熟悉的内容：
1、平衡蒸馏与简单蒸馏的流程、特点、计算；
2、精馏装置的热量衡算；
3、非常见的二元连续精馏塔计算：
直接蒸汽加热、多股进料与多股出料、提馏塔、塔顶采用分凝器、冷液回流；
4、Fenske方程、Gilliland关联图，捷算法。
了解的内容：
1、非理想物系的汽液平衡]；
2、间歇精馏的特点、计算步骤及应用；
3、恒沸精馏、萃取精馏的特点及应用；
4、精馏节能技术进展。
第七章蒸馏和吸收塔设备*
掌握的内容：
1、工业上评价塔设备性能的主要指标；
2、板式塔和填料塔的典型结构、性能、特征和选用原则。
熟悉的内容：
1、板式塔水力学性能、不正常操作状况、塔板结构参数的影响与选择；
2、填料塔水力学性能、不正常操作状况、填料特性的影响与选用；
3、常用塔板和填料的类型、特点及使用场合。
了解的内容：
1、塔板上气液两相接触工况、塔板负荷性能图、板式塔工艺计算方法；
2、填料塔内气、液两相流动的相互作用、填料塔的工艺计算方法。
第八章干燥
掌握的内容：
1、空气性质及计算、湿焓图构成及应用、干燥过程中空气状态的确定
2、干燥过程的物料衡算
3、干燥过程的热量衡算
4、恒定干燥条件下干燥速率与干燥时间
熟悉的内容：
1、物料中所含水分的性质及干燥机理；
2、结合水分、自由水分、临界水分的概念及相互关系；
3、恒速干燥与降速干燥的特点及强化途径；
4、干燥器的热效率及提高干燥过程经济型的途径。
了解内容：
1、过程的原理、目的及实施；
2、常用干燥器的性能特点及应用场合；
3、种干燥方法的基本原理、特点及应用。
五、建议教材与教学参考书
1．教材：
夏清,陈常贵.化工原理.天津：
天津大学出版社,2005.
2.参考书
[1].姚玉英主编.《化工原理》（上、下册）（新版）.天津：
天津大学出版社.1998.08
[2].赵汝溥,管国锋.《化工原理》.北京：
化学工业出版社.1995.09
[3].大连理工大学化工原理教研室编.《化工原理》（上、下册）.大连：
大连理工大学出版社.1992.12
[4].陈敏恒，丛德滋，方图南，齐鸣斋编.《化工原理》（上、下册）（第二版）.北京：
化学工业出版社.1999.06
[5].朱家华，叶世超等编.《化工原理》（上、下册）.北京：
科学技术出版社.2002
[6].WarrenL.McCabe,JulianC.Smith,PeterHarriott.UnitOperationsofChemicalEngineering（SixthEdition）.北京：
化学工业出版社，2003.05
[7].姚玉英.《化工原理例题与习题》（第三版）.北京：
化学工业出版社.2003.05
[8].柴成敬，王军，陈常贵，郭翠梨编.《化工原理课程学习指导》.天津：
天津大学出版社.2003.10
[9].匡国柱。
《化工原理学习指导》.大连：
大连理工大学出版社.2002.09
第二部分教学大纲
一、课程开设对象
大学四年制本科化学工程与工艺、应用化学、制药工程、环境工程、生物工程、食品工程、轻化工程、生物制药、生物技术、过程装备与控制、安全工程、食品质量与安全等本科专业。
二、教学总学时
根据培养方案的要求，工艺类专业和非工艺类专业《化工原理》的学时安排如表1所示。
教师应根据各非工艺类专业的特点和专业需要，从带“*”的部分中选择部分内容进行教学。
表1不同专业类别的化工原理学时表
专业类别
工艺类各专业
非工艺类各专业
总学时
120
80
理论学时
120
80
上册学时
56（60）
48
下册学时
64（60）
32
三、各章内容及参考学时
绪论
（参考学时：
2学时）
（一）内容概要
一、本课程的研究对象、目的
二、化学工程发展简介
三、单位制与单位换算
四、几个基本概念
第一章流体流动
（参考学时：
16~20学时）
（一）内容概要
§1-0概述
§1-1流体的物理性质
§1-1-1流体的密度
§1-1-2流体的粘度
§1-1-3非牛顿流体简介
§1-2流体静力学基本方程
§1-2-1静止流体的压强
§1-2-2流体静力学基本方程式
§1-2-3流体静力学基本方程式的应用
§1-3流体流动的基本方程
§1-3-1流量与流速
§1-3-2稳态流动与非稳态流动
§1-3-3连续性方程
§1-3-4柏努利方程
§1-3-5柏努利方程的应用
§1-4流体的流动现象
§1-4-1流动类型与雷诺数
§1-4-2流体在圆管内流动时的速度分布
§1-4-3边界层的概念
§1-5流体在管内的流动阻力
§1-5-1流体在直管中的流动阻力
§1-5-2管路上的局部阻力
§1-5-3管路系统中的总能量损失
§1-6管路计算
§1-7流量测量
（二）参考学时安排
章节名称
参考学时分配
§1-0概述
§1-1流体的物理性质
2
§1-2流体静力学基本方程
3
§1-3流体流动的基本方程
4
§1-4流体流动现象
2
§1-5流体在管内的流动阻力
3
§1-6管路计算
1
§1-7流量测量
1
第二章流体输送机械
（参考学时：
8学时）
（一）内容概要
§2-0概述
§2-1离心泵
§2-1-1离心泵的工作原理和主要部件
§2-1-2离心泵的基本方程
§2-1-3离心泵的主要性能参数和特性曲线
§2-1-4离心泵的气蚀现象和允许安装高度
§2-1-5离心泵的工作点与流量调节
§2-1-6离心泵的类型、选择与使用
§2-2其他类型的液体输送机械
§2-2-1往复泵
§2-2-2旋转泵
§2-2-3旋涡泵
§2-2-4常用化工用泵的性能比较
（二）参考学时分配
章节名称
参考学时分配
§2-0概述
§2-1离心泵
§2-2其他类型的液体输送机械
0.5
6.5
1
第三章*机械分离和固体颗粒流态化*
（参考学时：
10学时）
（一）内容概要
§3-1概述
§3-2颗粒及颗粒床层的特性
§3-2-1颗粒的特性
§3-2-2颗粒床层的特性
§3-2-3流体通过床层流动的压降
§3-3沉降分离
§3-3-1重力沉降
§3-3-2离心沉降
§3-4过滤
§3-3-1过滤操作的基本概念
§3-3-2过滤基本方程式
§3-3-3恒压过滤
§3-3-4恒速过滤与先恒速后恒压过滤
§3-3-5过滤常数的测定
§3-3-6过滤设备
§3-3-7滤饼的洗涤
§3-3-8过滤机的生产能力
§3-5固体流态化
（二）参考学时安排
章节名称
参考学时分配
§3-0概述
§3-1颗粒及颗粒床层的特性
1.5
§3-2沉降过程
3
§3-3过滤
5
§3-4离心机
§3-5固体流态化
0.5
第四章传热
（参考学：
16~20学时）
（一）内容概要
§4-1概述
§4-1-1传热的基本方式
§4-1-2传热过程中热、冷流体（接触）热交换的方式
§4-1-3典型的间壁式换热器
§4-1-4载热体及其选择
§4-2热传导
§4-2-1基本概念和傅立叶定律
§4-2-2导热系数
§4-2-3通过平壁的稳态热传导
§4-2-4通过圆筒壁的稳态热传导
§4-3对流传热过程概述
§4-3-1对流传热速率方程和对流传热系数
§4-3-2对流传热机理简介
§4-3-3保温层的临界直径
§4-4传热过程计算
§4-4-1热量衡算
§4-4-2总传热速率微分方程和总传热系数
§4-4-3平均温度差法和总传热速率方程
§4-4-4总传热速率方程的应用
§4-4-5传热单元数法
§4-5对流传热系数关联式
§4-5-1影响对流传热系数的因素
§4-5-2对流传热过程的量纲分析
§4-5-3流体无相变时的对流传热系数
§4-5-4流体有相变时的对流传热系数
§4-5-5壁温的估算
§4-6辐射传热
§4-6-1基本概念
§4-6-2物体的辐射能力和有关定律
§4-6-3两固体间的辐射传热
§4-6-4对流和辐射的联合传热
§4-7换热器
§4-7-1间壁式换热器的类型
§4-7-2列管式换热器的设计和选用
§4-7-3各种间壁式换热器的比较和传热强化的途径
（二）参考学时分配
章节名称
参考学时分配
§4-1概述
1
§4-2热传导
3
§4-3对流传热概述
2
§4-4传热过程计算
4
§4-5对流传热系数关联式
1.5
§4-6辐射传热
2
§4-7换热器
0.5
第五章气体吸收*
（参考学时：
24~28学时）
（一）内容概要
§5-0概述
§5-1气体吸收的相平衡关系
§5-1-1气体的溶解度
§5-1-2亨利定律
§5-1-3吸收剂的选择
§5-1-4相平衡关系在吸收过程中的应用
§5-2传质机理与吸收速率
§5-2-1分子扩散与菲克定律
§5-2-2气相中的稳态分子扩散
§5-2-3液相中的稳态分子扩散
§5-2-4扩散系数
§5-2-5对流传质
§5-2-6吸收过程的机理
§5-2-7吸收速率方程
§5-3吸收塔的计算
§5-3-1吸收塔的物料衡算与操作线方程
§5-3-2吸收剂用量的决定
§5-3-3塔径的计算
§5-3-4填料层高度计算
§5-3-5理论板层数的计算
§5-4吸收系数
§5-4-1吸收系数的测定
§5-4-2吸收系数的经验公式
§5-4-3吸收系数的准数关联式
§5-5脱吸及其他条件下的吸收
§5-5-1脱吸
§5-5-2非等温吸收
§5-5-3高浓度吸收
§5-5-4多组分吸收
（二）参考学时分配
章节名称
参考学时分配
§5-0概述
1
§5-1气体吸收的相平衡关系
2
§5-2传质机理与吸收速率
6
§5-3吸收塔的计算
12
§5-4吸收系数
1
§5-5脱吸及其他条件下的吸收*
2
第六章蒸馏
（参考学时：
18~22学时）
（一）内容概要
§6-1概述
§6-2两组分溶液的汽液平衡
§6-2-1两组分理想体系的汽液平衡
§6-2-2两组分非理想体系的汽液平衡
§6-3平衡蒸馏和简单蒸馏
§6-3-1平衡蒸馏
§6-3-2简单蒸馏
§6-4精馏原理和流程
§6-4-1精馏过程原理和条件
§6-4-2精馏操作流程
§6-5两组分连续精馏的计算
§6-5-1理论板的概念及衡摩尔流假设
§6-5-2物料衡算和操作线方程
§6-5-3进料热状况的影响
§6-5-4理论板层数的求法
§6-5-5几种特殊情况时理论板层数的求法
§6-5-6回流比的影响及其选择
§6-5-7简捷法求理论板数
§6-5-8塔高和塔径的计算
§6-5-9连续精馏装置的热量衡算和节能
§6-5-10精馏塔的操作和调节
§6-6间歇精馏
§6-6-1回流比恒定时的间歇精馏计算
§6-6-2馏出液组成恒定时的间歇精馏计算
§6-7恒沸精馏和萃取精馏
§6-7-1恒沸精馏
§6-7-2萃取精馏
（二）参考学时分配
章节名称
参考学时分配
§6-1概述
§6-2两组分溶液汽液平衡
2
§6-3平衡蒸馏和简单蒸馏
1
§6-4精馏原理和流程
1
§6-5两组分连续精馏的计算
11
§6-6间歇精馏
2
§6-7恒沸精馏和萃取精馏
1
第七章蒸馏和吸收塔设备*
（参考学时：
6学时）
（一）内容概要
§7-1概述
§7-2板式塔
§7-2-1塔板类型
§7-2-2板式塔的流体力学性能
§7-2-3板式塔的工艺设计
§7-3填料塔
§7-3-1填料塔的结构与特点
§7-3-2填料
§7-3-3填料的流体力学性能
§7-3-4填料塔的计算
§7-3-5填料塔的附件
（二）参考学时分配
章节名称
参考学时分配
§7-1概述
1
§7-2板式塔
3
§7-2填料塔
2
第八章干燥*
（参考学时：
12学时）
（一）内容概要
§8-0概述
§8-1湿空气的性质及湿焓图
§8-1-1湿空气的性质
§8-1-2湿空气的H—I图
§8-2干燥过程的物料衡算与热量衡算
§8-2-1湿物料的性质
§8-2-2干燥系统的物料衡算
§8-2-3干燥系统的热量衡算
§8-2-4空气通过干燥器时的状态变化
§8-3固体物料在干燥过程中的平衡关系与速率关系
§8-3-1物料中的水分
§8-3-2干燥时间的计算
§8-4干燥设备
§8-4-1干燥器的主要型式
§8-4-2干燥器的设计
（二）参考学时分配
章节名称
参考学时分配
§8-0概述
§8-1湿空气的性质及湿焓图
4
§8-2干燥过程的物料衡算与热量衡算
4
§8-3固体物料在干燥过程中的平衡关系与速率关系
3
§8-4干燥设备
1
第三部分教学实施细则
一、课程重点、难点及处理方法
主讲教师在授课中应突出重点、分散难点，使学生对于主要的内容有清晰、深刻的印象，牢固掌握所学知识。
绪论
重点：
化工原理的工程性及研究方法。
难点：
物、热衡算。
主要知识点：
化工原理的性质、内容、任务和研究方法；物、热衡算，平衡及速率关系；单位及单位换算；因次及因次式。
第一章流体流动
重点：
连续性方程；机械能衡算式。
难点：
柏努利方程式的应用；边界层的形成与分离。
主要知识点：
流体的性质（密度、重度、比重、比容、粘度）；流体的静压强、静力学方程式及其应用；流量、流速的各种表达方式及计算；定常流动与非定常流动的概念；流动系统的物料衡算与连续性方程；流动系统的能量衡算与机械能衡算式；牛顿型流体与非牛顿型流体的概念；流动类型及特点；边界层的概念（形成、发展与分离）；管内流速分布；管路能耗的原因、计算及影响因素（粗糙度的概念、摩擦系数、因次分析法）；管路计算的方法；流量、流速的测量方法（测速管、孔板流量计、文丘里流量计、转子流量计的结构和原理）。
第二章流体输送设备
重点：
离心泵的特性和选用。
难点：
离心泵的基本方程式；离心泵的安装高度；离心泵的组合操作。
主要知识点：
离心泵的结构（主要部件及其作用）；工作原理；类型；气缚现象产生的原因及消除措施；离心泵的理论流量与理论扬程、离心泵的基本方程式及影响扬程、流量的主要因素；离心泵的主要性能参数（流量、扬程、轴功率、效率）；特性曲线的测定、换算和应用；离心泵的工作点及其调节；气蚀现象（避免措施）、最小气蚀余量、允许气蚀余量、最大吸上真空高度；允许吸上真空高度等概念及测定；泵的安装高度的确定；泵的主要型号及选择原则；正位移式输送设备的特点及操作要点。
第三章机械分离及固体流态化
重点：
沉降速率的计算；过滤基本方程及恒压过滤计算。
难点：
过滤的基本方程式；过滤过程的物料衡算。
主要知识点：
颗粒及颗粒群的性质（体积、表面积、比表面积、空隙率及平均自由截面积）；沉降的基本概念（重力沉降、离心沉降、自由沉降和干扰沉降）；沉降速度的计算；旋风分离器的性能参数（临界直径、分离效率、粒级率、分割直径）；降沉室的结构与设计，旋风分离器的结构特点分离原理及设计方法。
过滤操作的基本概念，过滤基本方程及计算（滤液量、过滤时间、洗涤时间和生产能力）；常用过滤设备（板筐压滤机、叶滤机和回转真空过滤机）的结构特点；过滤常数的测定方法。
第四章传热
重点：
传热基本方程式；对流传热系数的影响因素及计算。
难点：
对流传热过程分析；最小值流体；
主要知识点：
传热的基本方式及特点；定常传热及非定常传热的概念；傅立叶定律，一维定常导热的计算（平壁圆筒壁及球壁）；导热系数及其影响因素；对流传热过程分析，牛顿冷却定律，传热基本方程式及其应用（传热速率、平均温差、传热系数、污垢热阻和控制热阻）；热效率与传热单元数的概念及计算；对流传热的主要影响因素，对流传热系数准数关联式（熟练掌握管内强制湍流对流传热系数），壁温估算；辐射传热的基本概念，黑体、白体（镜体）、透热体和灰体，普郎克定律，斯蒂芬-波尔茨曼定律，克希霍夫定律，两物体间的辐射传热速率计算，角系数的概念，热损失的计算；常用换热器的结构特点，换热器设计原则、步骤。
第五章吸收
重点：
传质速率方程，低浓吸收填料层高度的计算。
难点：
单向扩散；操作型问题定性分析
主要知识点：
分子扩散及对流扩散的概念，菲克定律，一维定常分子扩散速率，等分子反向扩散，单向扩散，总体流动；浓度的不同表示法及其关系，膜模型，相内传质速率式；相平衡关系，传质的方向、限度和推动力、双膜模型及传质理论简介；相际传质速率式，传质阻力，气膜控制、液膜控制；吸收操作的基本概念，典型
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